塑料成型与控制

塑料的：优点/绝缘性好，介电损耗低：塑料内部没有自由电子或离子/隔热性较好：/耐腐蚀好：对酸、碱、化学药品等具有较好耐性/防水性好：/耐用、质轻/成本低：能耗低（150〜250°C熔融），成型效率高，成本低，材料低廉/容易被塑制成不同形状/塑料可以用于制备燃料油和燃料气，这样可以降低原油消耗。缺点：/不耐高温：一般W150C/低温脆性：/连续负荷下的蠕变：/耐磨性差：/光照射下劣化/回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。/塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。例如聚苯乙烯燃烧时产生甲苯，这种物质少量会导致失明，吸入有呕吐等症状，PVC燃烧也会产生氯化氢有毒气体，。/塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。基本概念高分子化合物：由众多原子或原子团彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的化合物※纤维、橡胶、塑料常称为三大合成材料。高分子化合物、聚合物、高聚物、合成树脂的特点：⑴具有高熔点（或高软化点）、高强度、高弹性以及溶液和熔体的高粘度等特殊物理性能；⑴一般在常温常压下为固体，也有的为粘稠液体。"塑料：定义：以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成型的材料。聚合物和塑料是两个不同的概念：聚合物材料是塑料的基本原料，是“纯净”的高分子材料。塑料是聚合物材料中添加了有利于加工和改善使用性能的各种辅助材料，经过热加工塑制而成的材料或产品。聚合反应：由低分子原料形成高分子材料的化学反应；由单体化合物转化为高聚物的过程合成高分子化合物最基本的反应有两类：缩合聚合反应——缩聚反应：指具有两个或两个以上官能团的单体，相互缩合并产生小分子副产物（水、醇、氨、卤化氢等）而生成高分子化合物的聚合反应。特点：反应前后分子个数不同；由单体变为聚合物是由于官能团的作用；反应中分子有附属产物产生；既可能得线型高聚物也可能得网型或体型高聚物常用来制备甲酰胺、热塑性聚酯、聚碳酸酯等工程塑料和酚醛、氨基等热固性塑料。加成聚合反应——加聚反应：是指由一种或两种以上单体化合成高聚物的反应，在反应过程中没有低分子物质生成，生成的高聚物与原料物质具有相同的化学组成，其相对分子质量为原料相对分子质量的整改数倍。特点：反应前后分子数相同；由单体变成聚合物是化学键作用；反应中分子没有附属产物产生；加聚反应可得的是线形高聚物常用于热塑性材料。聚合物的结构：1、分子链的结构：线状；带支链结构；体型机构2、聚合物的聚集态的结构：结晶态；无定形态（非结晶态）；取向态结晶态和取向态有何区别？结晶态：三维有序；在合适的外界条件下自发生成取向态：一维或二维有序；在外力作用下的被动过程q作用力来自于一个方向，分子链就单向取向q作用力来自于相互垂直的两个方向，分子链就双向取向塑料以聚合物为基本原料，聚合物的结构决定了塑料的主要性能。塑料的类别：q按塑料的使用特性通用塑料、工程塑料和功能塑料q按塑料受热后呈现的基本特性热塑性塑料和热固性塑料q按聚集态结晶性塑料和无定形塑料按塑料受热后呈现的基本特性热塑性塑料（变化过程可逆）——在一定的温度范围内，能反复加热软化乃至熔融流动，冷却后能硬化成一定形状的塑料。q基本上是以聚合反应得到的线型或支链型树脂为基础制得的，在成型过程中只有物理变化，无化学变化。受热后可多次成型，废料可回收再利用。q如聚乙烯，聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS、聚甲醛、尼龙及有机玻璃等。热固性塑料（变化过程不可逆）——加热温度达到一定程度后能成为不溶和不熔性物质，使形状固化下来不再变化的塑料。q基本上是以缩聚反应得到的，在成型受热时发生化学变化，使线型分子结构转变为体型结构，废料不能再回收利用。q如酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、三聚氰胺塑料等。主体材料（聚合物）＋辅助材料（添加剂）聚合物（合成树脂）的作用：使塑料具有可塑性和流动性；将各种助剂粘结在一起；决定塑料的类型（热塑性或热固性）；决定塑料的主要性能添加助剂的目的：降低成本；改善加工性能；改善和提高使用性能；赋予新的功能q增塑剂：对塑料的增塑机理主要是增塑剂分子可对树脂大分子起隔离作用，使不同分子链之间的距离增大，减小大分子之间的相互吸引力和缠结，使分子链的内旋转变得容易，从而增加分子链的柔曲性并使分子链相互滑移变得容易，从而增大材料流动性、改善耐寒性，减小脆性等。基本要求：挥发性很小，能与树脂很好地混溶而不起化学反应；不易从制件中析出及挥发；不降低制件的主要性能；无毒、无害、无色、不燃及成本低等。/使用增塑剂最多的塑料品种是聚氯乙烯、聚乙酸乙烯、丙烯酸酯类塑料、纤维素塑料，其中聚氯乙烯塑料的用量最大，占增塑剂总产量的80％以上。q热稳定剂——加入到塑料配料中，能改善树脂的热稳定性，抑制其热降解、热分解的助剂称为热稳定剂。/由于聚氯乙烯的热稳定性问题特别突出，一般所述的热稳定剂，多是指对聚氯乙烯塑料的专用热稳定剂。除聚氯乙烯外，聚甲醛塑料的热稳定性问题也较突出，但聚甲醛主要是采用对树脂端基封闭处理的方法提高热稳定性。其它塑料在合理的熔融加工温度范围内，都具有尚好的热稳定性。q发泡剂为使塑料产品产生泡沫结构所需加入的助剂称为发泡剂。发泡剂可分为：・物理发泡剂依靠汽化或升华作用产生大量气体而起发泡作用的发泡剂称物理发泡剂。化学发泡剂易分解产生大量气体而起发泡作用的一类物质，如NaHCO3，（NH4）2CO3等。作用是在熔融加工过程中，在一定的条件下产生大量气体，在塑料中形成均匀泡孔结构，从而成为具有轻量性、隔热性、缓冲性的泡沫材料。※理论上，所有聚合材料都能制成泡沫塑料塑料的特点：密度小・比强度和比刚度高优异的化学稳定性理想的绝缘性能突出的耐磨性和自润滑性多种防护性能卓越的成型性能"塑料性能的含义:塑料的性能主要从三个方面来考虑：塑料的材料性能（内在性能）（包括高聚物本身和添加剂带来的影响）加工性能产品性能※三者之间联系紧密，不可分割内在性能是材料的属性，取决于材料的化学和物理结构；产品性能则是物体的属性，并依赖于物体的形状。比如说，铁的电导率是一种内在性能，而一定尺寸铁丝的电导率则属于产品性能。加工性能处于中间地位，它决定材料被加工的可能性，并决定经此种加工后产品所具有的性能总和。产品性能 材料性能是产品性能的基础；产品性能是材料内在性能和其在加工过程中决定的性能，以及产品设计赋予的性能的一系列性能表现的总和。一切产品的性能都取决于材料的选择、加工及应用三个环节，任何一个环节出现失误都不可能得到理想的产品。产品不好的原因可能是选错材料、加工不善、应用不当或设计低劣等。加工性能三个基本要素：＞温度——转换分子运动的模式＞时间——完成分子运动模式转换需要一定的时间＞压力——完成剪切、压实、塑化的过程，以及实现熔体流动都需要一定的压力加工性能主要体现：加工稳定性加工流动性热塑性塑料的工艺特性：/塑料的成型收缩性：塑件从塑模中取出冷却到室温后，塑件的各部分尺寸或体积都比原来在塑模中的有所缩小，这种现象称为收缩性。/流动性：塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。/结晶性/热敏性和水敏性：对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易出现变色、降解、分解的倾向。这种性能称为热敏性。有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，在高温、高压下也会发生分解，这种性能称为水敏性/吸湿性/应力开裂和熔体破裂/相容性热固性塑料的工艺特性：收缩性流动性比容积和压缩率水分及挥发物含量颗粒度和均匀性/固化特性：在热固性塑料的成型过程中，树脂发生交联反应，分子结构由线型变为体型，塑料由既可熔又可溶变为既不熔又不溶的状态，在成型工艺中把这一过程称为固化（熟化）。第三章聚合物的物理（力学）状态：由于高聚物的大分子结构和分子热运动特点，聚合物在不同温度下所表现出来的不同的分子热运动特征及物理（力学）状态聚合物在不同温度条件下，处于三种物理状态：玻璃态；高弹态；黏流态•玻璃态——呈刚性，质硬如玻璃，形变可逆•不能进行大变形的成型加工，只适合机械加工。•高弹态——呈链段运动，既有柔性又有刚性，如室温下的橡胶，形变仍可逆•可进行较大变形的成型加工，如压延成型、中空吹塑等。•黏流态——呈链间运动，成熔体在压力作用下流动•可进行注射、挤出、薄膜吹塑等变形大、形状复杂的成型。高弹态!粘流态O〔脆化温度）〔玻璃化温度）（黏流温度）（热分解温度）（熔融温度）1一线型无定形聚合物；2-线型结晶聚合物脆化温度：塑料使用温度的下限。玻璃化温度：多数塑料使用温度的上限。玻璃化温度是无定型塑料产品的最高使用温度。超过这一温度时，塑料就基本上丧失了力学性能，许多其它性能也会急剧下降。处于玻璃态的高聚物只能进行一些车、铣、削、刨等小变形量的机械加工。高聚物加工性质：可挤压性；可模塑性；可纺性；可延性从工艺角度分析，成型全过程依赖的三大要素：温度、时间、压力高聚物在成型过程中，一般都要发生流动和形变。加工过程中高聚物的流变性质主要表现为粘度的变化。高聚物的流动分为：•牛顿型流动•非牛顿型流动影响粘度的主要因素：（1）聚合物结构对粘度的影响：分子结构分子链刚度越性越大，粘度越高，对温度的敏感性越高；反之，柔性越大，纠缠点越多，粘度对剪切应力越敏感。W相对分子质量随着相对分子质量的增加，不同链段偶然位移相互抵消的机会就多，位移越困难，粘度越大。B相对分子质量分布（聚合物内大分子之间相对分子质量的差异）相对分子质量相同，相对分子质量分布幅度越宽，粘度越低，对剪切速率的敏感性增大，非牛顿性增强，假塑性流动区域加宽。相对分子质量分布幅度较宽，流动性好；但过宽，会带来粘辊、溢料等现象，同时制品力学性能下降。（2） 温度对粘度的影响随着温度上升，高聚物的粘度呈下降趋势（3） 压力对粘度的影响随着压力上升，高聚物的粘度趋于增大管壁上的滑移：实验证明，高聚物在导管内流动时，靠近管壁的一层熔体可能发生的间断式的流动。滑移的程度与高聚物的品种及采用的润滑剂和管壁的性质有关。滑移的产生影响了流体流动速率的稳定性，最终对产品质量造成影响。熔体破裂：熔体在导管中流动时，如剪切速率大于极限值，产生不稳定流动，使挤出物表面出现凹凸不平或节外生枝状、螺旋状等畸变，以致出现支离、断裂等现象。影响结晶的因素•温度♦冷却速率快，则高聚物的结晶时间短，结晶度低。冷却速率慢，则生产周期长，结晶度高，制品易发脆。・熔融温度高和熔融时间长，贝I」结晶速率慢，结晶尺寸大，力学性能降低；相反，熔融温度低，时间短，则结晶速率快，晶体尺寸小而均匀，有利于提高制品的力学性能和热变形温度。♦压力和切应力・：♦增大压力可使聚合物在高于正常情况下的熔化温度发生结晶；・切应力可导致微晶生成，产生均匀的微晶结构。♦分子结构♦聚合物分子结构越简单、越规整，结晶越快，结晶度越高•:・同一种聚合物的最大结晶速率随相对分子质量的增大而减小。添加剂降解对高聚物起破坏作用。降解的概念：高聚物在成型、贮存或使用过程中，因外界因素如物理的（热、力、光、电、超声波、核辐射等）、化学的（氧、水、酸、碱、胺等）及生物的（霉菌、昆虫等）等作用下所发生的聚合度减小（相对分子量降低或大分子结构改变等化学变化）的过程，称为降解或裂解。热量的影响——热降解应力的影响——力降解氧的影响——氧化降解水的影响——水降解防止降解的措施严格进行树脂进厂的检验工作，使用合格的原材料。在使用前进行干燥处理，特别是对水敏感的原材料，一定要将其含水量控制在工艺要求范围之内。确定合理的工艺条件，选择最佳的成型温度、压力和时间，使各工艺条件达到最佳匹配。在配方中加入必要的稳定剂，增加高聚物防降解的能力。模具设计结构要合理，浇注系统设计不能存在死角、长度宜短，设备选择要合理。第四章聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物ABSPE：聚乙烯（Polyethylene,PE）是以乙烯为单体进行聚合而制得的聚合物。是一个由多种工艺方法生产的具有多种结构和特性的系列品种。主要性能：•无害、无毒、无味，可以作食品、医疗等用途。•分子结构是非极性，优异的高频绝缘性能，由于其吸水性极小，介电性能与频率、温度及湿度无关；热稳定性好。聚乙烯的耐低温性能好，耐寒。不吸水（吸水率＜0.1%），不透水蒸气，但有机溶剂、CO2的透过率较大，所以在食品包装时必须注意。不适宜用在接触汽油的场合。负载弯曲温度不高。力学性能随分子量增大而增高，晶体部分使材料有较高的力学性能，无定形部分使材料具有韧性和弹性。结晶性（LDPE:45〜50%）（HDPE:65〜80%）—成形收缩率2〜3%大。超高分子量的聚乙烯，耐冲击性，耐摩性好，摩擦系数小。耐化学性好•耐药品性好•表面润湿张力低、非极性加工成型方法：挤出和注射成型聚酰胺（PA）聚酰胺的主要性能无毒无味，坚韧、抗菌抗霉性能好。有机械强度和冲击性韧性，疲劳强度一般是拉伸强度的20%-30%。有优良的耐磨性和耐磨耗性，并有自润滑性。大部分使用温度在一30°C—80°C左右，个别品种可达150°C。有阻燃性，属于自熄类型，加